肖特基势垒和欧姆接触_孟庆忠
金半接触与异质结
半导体器件物理
重掺杂
半导体器件物理
异质结
半导体器件物理
不同的半导体材料构成的界面
一、异质结及其能带
1、分类 p-n Ge-GaAs p-n Ge-Si 导 电 类 型 反型异质结 变 化 快 慢 突变型 缓变型
不同材料间的过渡发生 于几个原子的距离内
同型异质结
n-n Ge-Si n-n Ge-GaAs
• 半导体表面耗尽层电荷密度QSC
QSC 2q S N DVbi 2q S N D ( Bn Vn )
• 界面层电势降落
QM
i
m ( Bn )
半导体器件物理
• 势垒高度的一般表达式
Bn
S C1 ( m ) (1 C1 )( 0 ) C1C 2 q i
EF 0.2 0.4 0.6 0.8 1
耗尽层厚度 xd
Energy (eV)
-0.4 -0.2 -0.2 0.8 0.6 0.4 0.2 -0.4 -0.2 -0.2
Ec
m Distance (µm)
势垒变薄 隧穿加剧
EF 0.2 0.6 m Distance (µm) 0.4 0.8 1
Ec
qV
EF Ec
场致发射
重掺杂，简并
Ev
半导体器件物理
. 3 5
. 3 0
1 e + 5
Jtunelig (A/M 2)
隧穿势垒
. 2 5
1 e + 4
Jtunelig /J TE
. 2 0
. 1 5
1 e + 3 2 . 0 e + 8 4 . 0 e + 8 6 . 0 e + 8 8 . 0 e + 8 1 . 0 e + 9 S q r t ( N d )
金属和半导体的接触
Wm > Ws 电子由半导体进入金属，半导体表面处能带上弯，Vs<0， 表面是空穴势阱，空穴积累，高电导层，p型反阻挡层
Wm < Ws 电子由金属进入半导体，半导体表面处能带下弯，Vs>0， 形成空穴势垒，空穴耗尽层，p型阻挡层
电子势垒，耗尽层 高电阻，阻挡层
电子势阱，积累层 高电导，反阻挡层
空间电荷减少，势垒高度下降
（金属表面势垒高度基本不变）
金属
半导体
IF正向电流
qφns
q(VD -V)
qV
EF
半导体势垒由qVD降低为q[VD-V]，破坏了原来的 平衡，半导体到金属的电子流占优势（多子） 形成从金属到半导体的正向电流（多子电流） 外加电压V 越大，势垒高度降低越多，正向电流 越大
n型阻挡层（Wm > Ws，Vs < 0）
（金属表面势垒高度基本不变）
很小 金属势垒高度基本不随外加电压改变（反向 饱和电流）
金属
半导体
IR反向电流
qφns
-qV
q(VD -V)
EF
p型阻挡层（Wm < Ws，Vs > 0）
可作类似讨论
NOTE:
由于Vs > 0，正向电压、反向电压极性与n型阻挡层时相反
即：p型阻挡层
金属接负，半导体接正
-
1940s～：随着p-n结二极管的出现，金-半接触在器件方面的应用地位降低
1960s：平面工艺制作出金-半二极管(肖特基二极管)
<近乎理想的伏安特性，噪声低，频率特性好>
随后，应用领域的快速发展推动了金-半接触理论的进一步发展
5
金属—半导体接触
半导体物理_第七章_金属和半导体接触
2、如何实现欧姆接触？
总结
总结
总结
总结
总结
需修正:①镜像力；②隧道效应
总结
习题
习题
习题
Ehvhc6.62103470301100891.61019 1.78eV Ehvhc6.621034 40301100891.61019 3.10eV
实质上是半导体价带顶部附近的电子流向金属，填充金 属中EF以下的空能级，而在价带顶附近产生空穴。
加正向电压时，少数载流子电流与总电流值比称为少数 载流子的注入比，用 表示。对n型阻挡层而言：
7.3.2 欧姆接触
1、什么是欧姆接触？
欧姆接触应满足以下三点： 1、伏安特性近似为线性，且是对称的； 2、接触引入的电阻很小（不产生明显的附加阻抗）； 3、不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著改变。
空间电荷区 电子从体内到表面，势能增加，表面能带向上弯曲
2、WS >Wm 电子系统在热平衡状态时应有统一的费米能级
电子反阻挡层；低阻 ——欧姆接触
考虑价带的电子转移，留下更多的空穴，形成空间 电荷区。空穴从体内到表面，势能降低，能带向上 弯曲。
7.1.3 表面态对接触势垒的影响
金属和半导体接触前
7.2.2 热电子发射理论
1.热电子发射理论的适用范围：
——适用于薄阻挡层 ——势垒高度 >>k0T ——非简并半导体
lபைடு நூலகம் >> d
2.热电子发射理论的基本思想：
薄阻挡层，势垒高度起主要作用。 能够越过势垒的电子才对电流有贡献 ——计算超越势垒的载流子数目，从而求出电流密度。
《半导体物理》胡礼中第七章 半导体的接触现象
第七章 半导体的接触现象半导体的接触现象主要有半导体与金属之间的接触（肖特基结和欧姆接触）、半导体与半导体之间的接触（同质结和异质结）以及半导体与介质材料之间的接触。
这一章主要介绍前两种接触现象。
§7-1 外电场中的半导体无外加电场时，均匀掺杂半导体中的空间电荷处处等于零。
当施加外电场时，在半导体中引起载流子的重新分布，从而产生密度为)(r ρ的空间电荷和强度为)(r ∈的电场。
载流子的重新分布只发生在半导体的表面层附近，空间电荷将对外电场起屏蔽作用。
图7-1a 表示对n 型半导体施加外电场时的电路图。
在图中所示情况下，半导体表面层的电子密度增大而空穴密度减小（见图7-1b 、c ），从而产生负空间电荷。
这些空间电荷随着离开样品表面的距离的增加而减少。
空间电荷形成空间电场s ∈，在半导体表面s ∈达到最大值0s ∈（见图7-1d ）。
空间电场的存在将改变表面层电子的电势和势能（见图7-1e 、f ），从而改变样品表面层的能带状况（见图7-1g ）。
电子势能的变化量为)()(r eV r U -=，其中)(r V 是空间电场（也称表面层电场）的静电势。
此时样品的能带变化为)()(r U E r E c c += （7-1a ）)(r E v =)(r U E v + （7-1b ）本征费米能级变化为 )()(r U E r E i i += （7-2a ）杂质能级变化为 )()(r U E r E d d += （7-2b ）由于半导体处于热平衡状态，费米能级处处相等。
因此费米能级与能带之间的距离在表面层附近发生变化。
无外电场时这个距离为（f c E E -）和（v f E E -） （7-3）而外场存在时则为[]f c E r U E -+)( 和-f E [)(r U E v +] （7-4）比较（7-3）和（7-4）式则知，如果E c 和E f 之间的距离减少)(r U ，E f 与E v 之间的距离则增加)(r U 。
多晶硅接触薄发射极欧姆接触电极的研究
多晶硅接触薄发射极欧姆接触电极的研究
徐静平;余岳辉
【期刊名称】《华中理工大学学报》
【年(卷),期】1995(023)008
【摘要】提出了制备新型多晶硅接触薄发射极晶闸管薄发射极欧姆电极的新结构－Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｏｌｙｓｉ．结构。
通过实验研究和对Ａｌ－Ｔｉ－Ｓｉ系统反应动力学的分析，解决了此结构的关键问题－Ｔｉ层厚度的确定方法及其制备工艺条件；对此结构的有效性和质量，即浅结的完整性以及欧姆接触电阻的大小进行了实验检查。
采用此结构，已成功地制备出低损耗、快速薄发射极晶闸管管芯样品。
【总页数】4页(P11-14)
【作者】徐静平;余岳辉
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN341
【相关文献】
1.多晶硅纳米膜欧姆接触特性的研究 [J], 崔虹云;张海丰;吴云飞;李祖君;王超;董艳红
2.薄以层轻掺阿N—GaAs半导体欧姆接触研究 [J], 吴武臣;高国
3.Al金属多晶硅纳米膜欧姆接触的制作 [J], 崔虹云;张海丰;吴云飞
4.异质结n^+多晶硅/n型4H-SiC欧姆接触的制备(英文) [J], 郭辉;冯倩;汤晓燕;
张义门;张玉明
5.多晶硅膜及其薄发射极退火特性的研究 [J], 徐静平;余岳辉
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脉冲激光沉积制备MgO非晶薄膜介电性质的研究
脉冲激光沉积制备MgO非晶薄膜介电性质的研究韩亚萍;封敬艳;王金鑫【摘要】利用脉冲激光沉积技术在高电导P-Si和绝缘体SiO2上沉积了MgO非晶薄膜,并对SiO2上的MgO薄膜进行了透过率及XRD表征.构造了金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管结构P-Si/MgO/Ag,测量了其C-F曲线,计算得到K-ω曲线,通过拟合计算得到MgO的介电常数和等效厚度,与SiO2的等效厚度进行对比发现,非晶MgO作为高K值绝缘栅介质材料优于SiO2.【期刊名称】《黑龙江大学自然科学学报》【年(卷),期】2016(033)001【总页数】5页(P113-117)【关键词】非晶MgO薄膜;MOS;介电性质;等效厚度【作者】韩亚萍;封敬艳;王金鑫【作者单位】东北林业大学理学院,哈尔滨150040;东北林业大学理学院,哈尔滨150040;哈尔滨工业大学凝聚态科学与技术研究所,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O441.1大规模集成电路技术的发展正经历一场材料科学的革命，作为金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管[1-2]传统的栅极材料，硅氧化合物(KSiO2= 3.9)必将被高介电常数材料替代。
摩尔定律揭示器件的尺寸按照一定比例缩小是MOS场效应晶体管发展的必然趋势[3]，但是当绝缘栅介质层SiO2的厚度低于2.0 nm时，直接隧穿电流的强度是按照指数趋势增长的。
当SiO2厚度小于1.3 nm时，MOS场效应晶体管的驱动电流随厚度的减小而迅速减小，从而使MOS场效应晶体管不能保持原有的性能。
当SiO2厚度小于l.0 nm时，SiO2将失去绝缘性能。
这是由于在绝缘栅介质层中易产生由于氧化不均匀而造成的小孔，使栅极和衬底之间发生短路现象。
以上限制条件在相当大的程度上造成了MOS场效应晶体管元件的稳定性变差，对元件的集成程度、可依赖程度及其使用时限都造成了不好的影响。
为解决以上问题，选择高K栅介质材料(介电常数大于SiO2的材料)代替SiO2已成为微电子技术发展的必然趋势[4-6]。
半导体物理学PPT课件(共7章)第05章 金属和半导体的接触
WS Ec EF
Eg Ev
无表面态时的n型半导体
qVD
Ec
qΦ0
EF
Ev
存在表面态时的n型半导体
由于n型半导体的费米能级EFn处于禁带上半部，其位置必高于EFS0。根据 费米能级的物理内涵，EFS0和 EFn高低不等必然导致体内电子向表面转移， 使表面带负电，同时在靠近表面的近表面附近形成正空间电荷区，从而产
a) 表面态改变了半导体的功函数，使金-半接触的势垒高度不等 于功函数差
由于n型半导体的EF高于q0，而q0以上的表面态空着，所以近表面区的导带 电子就会来填充这些能级，于是使表面带负电，同时在近表面附近产生正的 空间电荷区，形成电子势垒，平衡时的势垒高度qVD使电子不再向表面填充。
b) 表面态密度很高时-势垒钉扎
➢ 1904年，美国电气工程师鲍斯获得Si和PbS点接触整流器的专利权 ➢ 1906年，美国电气工程师皮卡德获得点接触晶体检波器的专利权，这种器
件是晶体检波接收机（即矿石收音机）的关键部件；
➢ 1920年，硒（Se）金－半接触整流器投入应用； ➢ 1926年，Cu2O点接触整流二极管问世，并在二战中应用于雷达检波。
2022年1月26日星期三
3
第五章 金属和半导体的接触
5.1金属半导体接触及其平衡态
5.1.1 金属和半导体的功函数 5.1.2 有功函数差的金-半接触 5.1.3 表面态对接触电势差的影响 5.1.4 欧姆接触
5.2 金属半导体接触的非平衡状态
5.2.1 不同偏置状态下的肖特基势垒 5.2.2 正偏肖特基势垒区中的费米能级 5.2.3 厚势垒区金属半导体接触的伏安特性 5.2.4 薄势垒区金属半导体接触的伏安特性 5.2.5 金半接触的少子注入问题 5.2.6 非平衡态肖特基势垒接触的特点及其应用
金半接触
能帶关系（以n 型半导体为例，假设φm >φs ）功函数电子亲和势相结合时費米能级要相等，而且真空能级要连续。
以金属与n 型半导体为例：电子由半导体流向金属，半导体区留下正的施主离子，形成耗尽区。
真空能级：参考能级。
φm ：金属的功函数。
φs ：半导体的功函数。
χ：半导体的电子亲和势从半导体层往金属看的势垒为V bi热平衡状态正向偏压反向偏压(+)(-)(-)(+)正向为正，反向为负假设金属与半导体接触中间有一层很薄的氧化层，电子仍能穿透。
：因界面氧化层产生的位能差donor statesacceptor states肖特基势垒电流电压关系主要由于多数载流子，和pn接触不同。
主要传导机构为热电子发射——半导体中的电子越过势垒而达 到金属。
热平衡状态下，由金属流向半导 体的电子电流和由半导体流向金 属的电子电流相等，故净电流为 零。
电流电压关系正向偏压下，由金属流向半导体 的电子电流不变，但是由半导体 流向金属的电子电流因势垒降低 而增加，故有净电流。
反向偏压下，由金属流向半导体 的电子电流不变，但是由半导体 流向金属的电子电流因势垒增加 而降低，只剩少許净电流。
电流电压关系热平衡状态下，电子浓度为： 电子电流正比于表面电子浓度故表面的Ec与 EF的距离正向偏压下，电子浓度为： 故正向偏压下的净电流为：此式反向偏压也可使用， 将VF改为-VR即可。
电流电压关系J = C1 N c e − qφ Bn / kT (e qV / kT − 1)其中 C N = A*T 2 1 c A＊称为有效Richardson 常数（A/K2cm2 ），与有效质量有关，因为可产 生热电子放射的电子浓度在计算时会 用到gc(E)(导帶状态密度)，故与m*有 关。
n型硅为110，p型硅为32； n型砷化镓为8，p型砷化镓为74。
n型硅为110，p型硅为32； n型砷化镓为8，p型砷化镓为74。
热电子发射下，电子净电流可表示为J = J s (e qV / kT − 1)其中 J s = A T e* 2 − qφ Bn / kT饱和电流密度（正向偏压时为 正，反向偏压时为负）电流电压关系少数载流子会由金属注入，产生的电流为与p+n结的扩散电流相同其中主要因半导体 的有效质量不 同所造成在正常操作下少数载流子 的贡献远小于多数载流子所 贡献的电流。
6.1 p-n结及其能带图(雨课堂课件)
-+
⑤
④ - ③+②
①
-+
-+
3、p-n结能带图
(1)能带图 p-n结形成之前：
EFn高于EFp
两块半导体接触，形成p-n结： 费米能级是随着能带一起移动 的； p-n结达到平衡时，费米 能级处处相等；没有净电流流 过p-n结。
3、p-n结能带图
(2) 平衡p-n结费米能级处处相等，可以从电流密度方程式推出
第六章 p-n结 p-n junction
最早实用化的半导体二极管是基于肖特基结的点接触晶体二 极管。肖特基结，也就是金属-半导体接触形成的单向导电结 ，是于1938年由肖特基和莫特分别独立发明。
1939年，贝尔实验室的奥尔发现了掺杂不均匀的半导体材料 会出现单向导电性，并由此发现了pn结。
1949年，贝尔实验室的肖克利推导出了pn结的电流公式， 并制造出了锗基pn结二极管。
Jp
pp
对平衡p-n结，Jn
,
Jp均为0。
dEF dx
0 EF
常数
3、p-n结能带图
上两式还说明：当电流密度一定时，载流子浓度大的地方，EF 随位置变化小，而载流子浓度小的地方，EF 随位置变化就大。
(有非平衡载流子的情况，电流密度不为零，第二节)
(3) “势垒”，“势垒区” 空间电荷区也叫势垒区。
电子势垒
空穴势垒
4、p-n结接触电势差
平衡p-n结的空间电荷区两端间的电势差VD 称之为接触电势差或 内建电势差。能带的弯曲量qVD 称为势垒高度。
qVD EFn EFp
nn0
ni
exp
EFn Ei k0T
,
np0
ni
exp
两种欧姆接触电阻率测量方法的研究
两种欧姆接触电阻率测量方法的研究崔虹云;吴云飞;张海丰;韩海生;朱雪彤;李金鑫【摘要】An ohms sample was made using low voltage chemical vapor deposition method and tested with linear transmission line model and circular dot transmission line model .In the preparation of the same process conditions, linear transmission line model can reflect the actual contact resistance rate of size from the precision .% 用低压化学气相淀积的方法制备了欧姆接触的样品，分别对退火前后的样品采用两种测量方法线性传输线模型和原点传输线模型法进行测试分析，得出在制备工艺相同的条件下，从精度上看，线性传输线模型这种测试结构更能真实地反映实际的比接触电阻率的大小。
【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】3页(P746-748)【关键词】欧姆接触电阻率;线性传输线模型;原点传输线模型【作者】崔虹云;吴云飞;张海丰;韩海生;朱雪彤;李金鑫【作者单位】佳木斯大学理学院,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯大学理学院,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯大学理学院,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯大学理学院,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯大学理学院,黑龙江佳木斯 154007;佳木斯大学理学院,黑龙江佳木斯 154007【正文语种】中文【中图分类】TN305.930 引言随着半导体材料和器件的迅速发展，多晶硅纳米薄膜凭借其优良的特性被广泛的应用于集成电路领域.而人们对于欧姆接触的设计、制造和测量的要求越来越高，欧姆接触是金属与半导体之间存在的一种非整流接触[1]，当有电流流过时，欧姆接触上的电压降应当远小于样品或器件本身的压降，这种接触不影响器件的电流—电压特性，或者说，电流—电压是由样品的电阻或器件的特性决定的[2－4].文中将采用两种方法对测试样品进行测试，并对其进行比较分析.1 实验将清洗干净后的厚度为400μm单晶硅片作为衬底，电阻率为2～4Ω·cm2，利用LPCVD在硅片正面淀积多晶硅纳米薄膜，厚度为90nm，利用PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)，等离子增强化学气相淀积)在硅片正面淀积一层二氧化硅层，厚度为100nm;然后通过离子注入对多晶硅纳米膜进行硼掺杂，多晶硅采用光刻，具体工艺步骤为:表面处理→预烘→涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→腐蚀→去胶，最后镀厚度约1.9μm铝层，图1为实验版图.2 测量结果与分析接触电阻率ρc是反映金属/半导体欧姆接触性质好坏的重要参数.测量ρc的方法很多，按照材料的厚度可以将其分为体材料和薄膜材料上的接触电阻率测量，这里就薄膜材料的线性传输线模型法(linear transmission line model，LTLM)和圆点传输线模型法(circular dot transmission line model，CDTLM)的测量结果进行分析和研究.图1 传输线测试版图2.1 线性传输线模型法(LTLM)线性传输线模型最早由Schockley引入，接着Berger作了改进，为了与周围环境绝缘，通电流前先将样品进行台面腐蚀.表1给出了样片所测的电阻值与间隔的数据.从表中我们可以知道除个别点外电极间隔和测得电阻之间基本满足线性关系，即随着电极间隔的增大所测的电阻值也随之增大，满足测试电阻和间隔的线性拟合，也就是满足线性传输线模型的测试曲线.表2给出了450℃退火后样片的接触电阻率和方块电阻值，实验的退火真空度在10－3～10－4 Pa，退火时间20min，从表2可得到平均比接触电阻为2.41 ×10－3Ω·cm2，比退火前的比接触电阻3.07 ×10－1Ω·cm2明显的提高了两个数量级，说明退火使欧姆接触电阻的性能有了明显的改善和提高.表1 所测的电阻值与间隔的数据间隔d(μm)30 40 50 60 70 90 100电阻(kΩ)2.0912.2732.5472.7532.9443.4543.726表2 450℃退火后样片的接触电阻率和方块电阻值样片# 接触电阻率(10－2Ω·cm2) 方块电阻(kΩ/□)1 －5 0.12041 0.7362 －3 0.08308 1.0922 －40.48278 0.7522 －5 0.30079 0.9763 －1 0.38683 1.1323 －3 0.04567281.0403 －52.87667 0.8364 －1 0.46747 0.6284 －3 0.25156 0.780图2 测得电阻与ln(rn/r0)之间的曲线2.2 圆点传输线模型法圆点传输线模型由Marlow等人提出，他们用圆形电极代替长方形电极的圆点传输线模型，版图如图1所示.其中原点传输线模型的圆环半径值如下:r0=400μm，r1=430μm，r2=470μm，r3=520μm，r4=580μm，r5=650μm，r6=720μm，r7=830μm，r8=930μm，r9=1020μm，r10=1100μm;图2给出了样片测得电阻和ln(rn/r0)的关系，满足原点传输线模型法原理中所叙述的直线关系，同时图3给出了电流对电压的I—V特性曲线，从曲线的走势来看，在未退火之前虽与圆点对称但并不成线性状态，表现出整流接触，退火前比接触电阻的值为1.36 ×10－1Ω·cm2.图3 样片的I—V特性曲线图4 不同退火时间比接触电阻的变化图5 不同退火时间I—V特性曲线从图4和图5的I－V特性曲线也可看到，在退火条件为450℃，20min时，曲线表现为非整流特性，即欧姆接触特性，不同退火时间里20min的比接触电阻最低为2.72 ×10－3Ω·cm2.通过分析我们可以知道退火前所形成的是整流接触，铝与多晶硅之间存在肖特基势垒，可能由于自然氧化层的存在对界面势垒的影响，所以并不是理想的欧姆接触，电流随电压的增大没能构成线性关系，而退火使欧姆接触的性能有了明显的改善.3 结论在制备工艺相同的条件下，通过对样品进行两种传输线模型的测试，我们可以看到线性传输线模型法测得的比接触电阻率更小一些，达到2.41×10－3Ω·cm2，精度更高，而且 LTLM 法很直观，容易理解.另外，经过450℃，20min退火后，样品的比接触电阻率都降到了10－3数量级，这说明退火可以形成稳定势垒高度和低漏电流，是形成欧姆接触的好方法，同时退火条件对接触的电学、热学和化学特性有决定性影响.参考文献:[1]孟庆忠.肖特基势垒和欧姆接触[J].烟台师范学院学报.2006，16(2):153 －156.[2]赵安邦，谭开洲，吴国增.欧姆接触电阻率测量方法的研究[J].重庆邮电学院学报.2006，6:238－241.[3]陈刚，柏松.4H－SiC欧姆接触与测试方法研究[J].固体电子学研究与进展.2008，28(1):38 －41.[4]崔虹云，张海丰，吴云飞.AL金属多晶硅纳米膜欧姆接触的制作[J].佳木斯大学学报.2009，27(5):711－714.。
第七章金属和半导体接触引言金属与半导体接触类型1、整流接触
第七章金属和半导体接触引言金属与半导体接触类型1、整流接触第七章金属和半导体接触引言:金属与半导体接触类型:1、整流接触:金属与轻掺杂半导体形成的接触表现为单向导电性，即具有整流特性，但电流通常由多子所荷载。
由于这种器件主要靠电子导电，消除了非平衡少子的存储，因而频率特性优于p–n结;又由于它是在半导体表面上形成的接触，便于散热，所以可以做成大功率的整流器;在集成电路中用作箝位二极管，可以提高集成电路的速度，通常称为肖特基势垒二极管，简称肖特基二极管。
2、欧姆接触:这种接触正反向偏压均表现为低阻特性，没有整流作用，故也称为非整流接触。
任何半导体器件最后都要用金属与之接触并由导线引出，因此，获得良好的欧姆接触是十分必要的。
?7.1 金属半导体接触及其能带图本节内容:1、金属和半导体的功函数2、接触电势差3、阻挡层与反阻挡层、表面态对接触势垒的影响 4课程重点:金属的功函数:在绝对零度的电子填满了费米能级以下的所有能EF 级，而高于的能级则全部是空着的。
在一定温度下，只有附近的少数电EEFF子受到热激发，由低于的能级跃迁到高于的能级上去，但是绝大部分电EEFF子仍不能脱离金属而逸出体外，这说明金属中的电子虽然能在金属中自由运动，但绝大多数所处的能级都低于体外能级。
要使电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。
所以，金属内部的电子是在一个势阱中运动。
用E表示真空0中静止电子的能量，金属功函数的定义是EW与能量之差，用表示，即 Em0F W,E,(E) m0Fm它表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最W小能量。
功函数的大小标志着电子在金属中束缚的强弱，越大，电子越不容mE易离开金属。
半导体的功函数和金属类似:即把真空电子静止能量与半导体0(E)W,E,(E)费米能级之差定义为半导体的函数，即。
因为半导体的费FSs0Fs米能级随杂质浓度变化，所以半导体的功函数也与杂质浓度有关。
欧姆接触
欧姆接触欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欧姆接触在金属处理中应用广泛，实现的主要措施是在半导体表面层进行高掺杂或者引入大量复合中心。
概述简介欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
条件欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)区别前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Metal-p+-p等结构。
理论1任何两种相接触的固体的费米能级（Fermi level）（或者严格意义上，化学势）必须相等。
费米能级和真空能级的差值称作工函。
接触金属和半导体具有不同的工函，分别记为φM和φS。
当两种材料相接触时，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。
从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。
最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。
这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。
在经典物理图像中，为了克服势垒，半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。
GaN上的欧姆接触
GaN上的欧姆接触
施锦行
【期刊名称】《半导体情报》
【年(卷),期】1999(036)005
【摘要】主要描述在ｎ型和ｐ型ＧａＮ上制备欧姆接触的方法，分析了欧姆接触的特性及其形成机理，并讨论了该领域未来的研究趋势。
【总页数】4页(P22-25)
【作者】施锦行
【作者单位】中南工业大学应用物理与热能工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TN304.23
【相关文献】
1.Ti/Al/Ni/Au在N-polar GaN上的欧姆接触 [J], 王现彬;王颖莉;赵正平
2.p型GaN材料上的欧姆接触 [J], 赵鸿燕;刘炜;成彩晶
3.非故意掺杂GaN上Ti/Al/Ni/Au欧姆接触研究 [J], 杜江锋;赵波;罗谦;于奇;靳翀;李竞春
4.表面处理对n-GaN上无合金化Ti/Al欧姆接触的作用 [J], 刘磊;陈忠景;何乐年
5.Si基GaN上的欧姆接触 [J], 赵作明;江若琏;陈鹏;席冬娟;沈波;郑有炓
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半导体物理答案
第一篇 半导体中的电子状态习题1-1、 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。
1-2、 试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。
1-3、试指出空穴的主要特征。
1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。
1-5、某一维晶体的电子能带为[])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --=其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。
求：（1） 能带宽度；（2） 能带底和能带顶的有效质量。
题解：1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。
其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。
如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。
温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。
反之，温度降低，将导致禁带变宽。
因此，Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数。
1-3、 解：空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。
主要特征如下：A 、荷正电：+q ；B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）；C 、E P =-E nD 、m P *=-m n *。
1-4、 解：（1） Ge 、Si:a ）Eg (Si ：0K) = 1.17eV ；Eg (Ge ：0K) = 0.744eV ；b ）间接能隙结构c ）禁带宽度E g 随温度增加而减小；（2） GaAs ：a ）Eg (0K) = 1.52eV ；b ）直接能隙结构；c ）Eg 负温度系数特性： dE g /dT = -3.95×10-4eV/K ；1-5、 解：（1） 由题意得：[][])sin(3)cos(1.0)cos(3)sin(1.002220ka ka E a k d dE ka ka aE dk dE+=-=eVE E E E a kd dE a k E a kd dE a k a k a k ka tg dk dE ooo o 1384.1min max ,01028.2)4349.198sin 34349.198(cos 1.0,4349.198,01028.2)4349.18sin 34349.18(cos 1.0,4349.184349.198,4349.1831,04002222400222121=-=∆<⨯-=+==>⨯=+====∴==--则能带宽度对应能带极大值。
CTLM测量金属半导体欧姆接触电阻率
五、结论
金属氮化物肖特基势垒和欧姆接触是高温大功率电子器件和蓝紫光光学器件 中的关键工艺，对器件的性能具有重要的影响。近年来，针对这两种接触方式的 研究取得了显著的进展，研究者们发现了许多具有优良性能的材料并深入研究了 其物理化学性质与微结构特性。然而，随着科技的不断进步与发展，这两种接触 方式的研究仍需不断深入与拓展。
二、金属氮化物肖特基势垒
肖特基势垒是一种半导体表面与金属接触形成的势垒，它对电子的输运具有 重要影响。氮化物肖特基势垒的研究主要集中在材料的选取、表面态密度的控制 以及费米能级钉扎效应的优化等方面。
近年来，研究者们致力于寻找具有较低表面态密度和较强费米能级钉扎效应 的氮化物材料，以提高肖特基势垒的性能。例如，利用高功函数金属如Pt、Au等 与氮化半导体材料结合，可以显著降低表面态密度，优化肖特基势垒的性能。
2、数据采集：在给定电压范围内，自动采集电流值，并记录每个电压下的 电流输运特性。
3、数据处理：根据采集到的电流输运特性数据，利用欧姆定律计算接触电 阻率。
3、数据采集：记录每个电压下 的电流值，并绘制电流输运特性 曲线。
1、选取合适的电压范围，确保金属半导体接触处于欧姆接触状态（即电流 输运特性曲线线性）。
此外，通过控制材料的费米能级钉扎效应，也可以优化肖特基势垒的性能。 通过改变材料的组成和结构，可以有效地调控费米能级钉扎效应，进而提高肖特 基势垒的稳定性与可靠性。
三、金属氮化物欧姆接触
欧姆接触是金属与半导体之间的一种理想接触方式，它对电子的输运特性没 有明显的阻碍作用。氮化物欧姆接触的研究主要集中在材料的选取、表面态密度 的控制以及欧姆接触电阻的降低等方面。
7、计算电阻率：根据铜线的长度、直径和电阻值，计算铜线的电阻率。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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烟台师范学院学报(自然科学版)Yantai T eachers U niversity Journal (N atural Science )
2000,16(2):153-156教学
研究 收稿日期:2000203218
作者简介:孟庆忠(1942—),男,教授,大学本科,从事电子技术基础理论研究.
肖特基势垒和欧姆接触
孟 庆 忠
(青岛大学师范学院物理系,山东青岛266071)
摘要:用能带结构的观点分析了金属和半导体相接触时的机理,并简要介绍了肖特基二极管的构造及应用.
关键词:肖特基势垒;欧姆接触;费米能级
中图分类号:TN 710.1 文献标识码:A 文章编号:100424930(2000)022*******
P 型半导体和N 型半导体通过掺杂方式结合而成的PN 结,是一种比较复杂的半导体结构.这种结构的重要特征之一是在结的相邻两侧,两种载流子的分布具有不对称的特性,从而形成载流子的浓度梯度,结果使PN 结具有非线性的伏安特性.在制造半导体器件的过程中,除了有PN 结之外,还会遇到金属和半导体相接触的情况,这种接触(指其间距离只有几个埃)有时会在半导体表面形成载流子的积累层,从而表现出低阻特性,其伏安特性是线性的;有时会在半导体表面形成载流子的耗尽层(阻挡层),出现表面势垒,其伏安特性与PN 结相似,呈非线性状态.上述两种情况在实际应用中都有用到之处〔1〕,前者可用来作欧姆接触,后者可用来制作肖特基势垒二极管.
1 肖特基势垒
从能级的观点来看,要使金属或半导体中的电子脱离原子核的束缚成为体外自由电子,就必须做功.因为金属或半导体内的绝大多数电子都比体外电子处于较低的能级.物体对电子束缚的强弱决定于物体的性质和表面情况,我们称之为逸出功.显然,逸出功越大,电子越不容易离开物体.由半导体物理学知识可知,物体的逸出功等于体外静止电子的能量与该物体费米能级之差.
现以N 型半导体为例.如果N 型半导体的逸出功小于金属的逸出功,这种费米能级的差别意味着在金属内部和半导体导带相对应的那部分能级上,电子的密度要小于半导体导带的电子密度,因此当它们接触时,电子便从半导体向金属扩散,结果使金属带负电,半导体带正电.对于金属而言,负电荷只能分布在表面;而对于N 型半导体来说,施主杂质失去电子成为正离子,由于掺杂浓度有限,这些正离子必须分布在一定厚度的空间电荷区内,其间的载流子(电子)浓度几乎为零,因而形成了高阻的耗尽层,电荷分布如图1所
图1 金属半导体结的电荷分布示〔2〕.空间电荷区产生内建电场E i ,其方向为由N 型半导
体指向金属.运用一维泊松方程可得
Εd E i d x
=e N D ,(1)式中Ε为半导体的介电常数,e 为电子的电量,N D 为N 型
半导体的掺杂浓度
.由(1)式便可求得金属-半导体结的电场分布为
E i (x )=e N D Ε(x -W 0),
(2)式中W 0为耗尽层的宽度.由电场E 和电势Υ的关系Υ(x )=-
∫x 0E i (x )d x 可求得电势的分布为Υ(x )=-
e N D 2Ε(x -W 0)2.(3)当x =0时,(3)式变为Υs =
e N D 2ΕW 20.式中Υs 称为金属-半导体结的接触电势差或内建电势差〔2〕.在考虑金属-半导体结的能带时,应将这一电势差所引起的附加电子静电势能图2 耗尽层内的能量带图-e Υs 也考虑进去
.这样,N 区导带电子的能量要比金属导带电子的能量低e Υs ,也即N 型半导体的能带相对于金
属的能带降低一个量值e Υs
.因此当金属-半导体结形成后,其能带将呈向上弯曲的状态(图2).这个向上弯曲的
能带对电子形成一个阻止其由半导体向金属扩散的势
垒,此势垒就是肖特基表面势垒.图2中的E cs 表示半导
体的导带底;E F M 和E F s 分别为金属和半导体的费米能
级;E rs 表示半导体的价带顶.
金属-半导体结的伏安特性同PN 结的伏安特性相似,都具有单向导电的整流特性.同样的分析方法可知,金属和P 型半导体接触时,当P 型半导体的逸出功大于金属的逸出功时,也可形成肖特基势垒.不过在这种情况下,金属带正电,半导体带负电,P 区导带电子的能量要比金属导带电子的能量高e Υs ,也即P 型半导体的能带相对于金属的能带要高一个能量值e Υs
.金属-半导体结形成后,其能带将呈向下弯曲的状态. 显然,P 型半导体和N 型半导体与金属接触时,都有可能形成肖特基势垒.但在实际制作肖特基二极管时,由于电子比空穴的迁移率高,容易获得优良的特性,故多采用N 型半导体.
2 欧姆接触
欧姆接触是半导体器件的金属引线与半导体材料之间的另一种接触方式.为了不影响半导体器件的性能,必须使金属电极与半导体的接触是低阻值的,接触电势与电流无关(即无整流作用),其伏安特性是线性的.当金属和半导体接触时,前面已谈到形成肖特基
451烟台师范学院学报(自然科学版)第16卷
势垒的两种情况,还有两种情况会形成欧姆接触.
仍以N 型半导体为例.若N 型半导体的逸出功大于金属的逸出功,这种费米能级的差别意味着在金属内部和半导体导带相对应的那部分能级上,电子的密度大于半导体导带的电子密度,于是当两者接触时,电子便从金属向半导体扩散,结果使金属表面带正电,
N 型半导体表面附近形成电子的积累层,从而表现出高导电的特性,也即低阻值、无整流图3 积累层的能带图的特性,其积累层的能带如图3所示.同样的分析方法
可知,当金属和P 型半导体接触时,若P 型半导体的
逸出功小于金属的逸出功,便在P 型半导体表面附近
形成空穴的积累层,从而也表现出高导电、无整流的特
性.上述两种接触由于不存在表面势垒,当然不能作为
非线性电阻,但可作为半导体和金属电极之间的欧姆
接触.
值得注意的是,在上面的分析中,我们都基于一种简化的理想状态,即将金属和半导体相接触所出现的四种情况只决定于逸出功,实际上,表面势垒的形成还和半导体表面能态的性质及密度有关.
3 肖特基二极管及应用
肖特基二极管是近年来问世的一种低功耗、大电流、超高速的半导体整流器件,
其内
图4 肖特基二极管结构图部结构如图4所示.它以N 型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂
剂的N -型外延层,阳极采用贵金属钼作材料,二氧化硅用来消除边缘
区域的电场,提高管子的耐压值.N 型基片具有很小的导通电阻,其掺
杂浓度较N -型层要高100倍.在N 型基片下面形成N +型阴极层,其作
用是形成欧姆接触.通过调整结构参数,可在基片与阳极金属之间形成
合适的肖特基势垒.加上正偏电压时,即金属接正极、N 型基片接负极,
势垒变窄;加反偏电压时,势垒变宽.可见,在肖特基二极管的结构中,
金属与半导体之间既有欧姆接触,又有肖特基势垒.
肖特基二极管的结构及原理与PN 结二极管有很大区别.前者仅用一种载流子,在势垒外侧无过剩载流子的积累,因此不存在电荷的储存问题,反向恢复电荷近于零,使开关特性得到明显改善,反向恢复时间可缩短到10n s 以内,但其反向耐压较低,一般不超过100V .因此被广泛用作高频、低压、大电流整流,近年来又被用于微波混频和检波,尤其在微波鉴频器中,两个支路的检波器特性应尽可能一致且稳定可靠,比较理想的是肖特基二极管检波器,因此这种半导体器件是微波领域中一种重要的微波器件.参考文献:
[1] 〔美〕森吐瑞,韦德劳著,清华大学应用电子学及电工学教研组译.电子线路及应用〔M 〕
.北京:人民邮电出版社,1981.186—187.
[2] 王蕴仪等.微波器件与电路〔M 〕
.南京:江苏科学技术出版社,1981.3—6.551第2期孟庆忠:肖特基势垒和欧姆接触
651烟台师范学院学报(自然科学版)第16卷 Schottcky barr ier and Ohm ic con tact
M EN G Q ing2zhong
(Physics D epartm ent of N o r m al Co llege,Q ingdao U niversity,Q ingdao266071,Ch ina)
Abstract:T he m echan is m w h ile the m etal and sem iconducto r com e in to con tact each o th2 er is analysed by u sing the standpo in t of energy2band structu re.T he structu re and app li2 cati on of Scho ttcky di ode are also in troduced in b rief.
Key words:Scho ttcky barrier;O hm ic con tact;Fer m i level
(责任编辑 闫冬春)
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Globa l pha se portra its of a four-order system
KAN G Dong2sheng
(D epartm ent of M athem atics,Zhum adian T eachers Co llege,Zhum adian463000,Ch ina)
Abstract:T he fin ite and infin ite singu lar po in ts of a fou r2o rder system are studied.Its global phase po rtraits are derived.
Key words:fou r2o rder system;singu lar po in t;phase p lane;phase po rtrait
(责任编辑 闫冬春)。